Conception des

Confinement

de chantiers

De la R&D à la

Normalisation

Académie des sciences

Séminaire : Sciences du démantèlement des installations

nucléaires

Luc Lafanechère – EDF/CIDEN

Emmanuel Porcheron - IRSN

Sommaire

1. Objet et fonction du confinement de chantiers

2. Exigences de conception

3. Confinement mis en œuvre / Innovation industrielle

4. R&D en cours / à venir

5. Capitaliser par la normalisation

2 – Séminaire : Sciences du démantèlement des installations nucléaires Octobre 2014

1.1 – Fonctions et Enjeux du confinement Fonctions du confinement – Loi TSN 13/06/2006 et Arrêté INB 08/02/2012

Fonction 1 : Confinement de sûreté Maîtriser les rejets de substances radioactives, sous forme aérosols ou gazeuses, dans l’environnement.

Fonction 2 : Radioprotection Protéger les opérateurs, en particulier ceux ne disposant pas de protection respiratoire, de la contamination générée par un chantier à proximité.

Et aussi des fonctions : De Propreté radiologique, d’Assainissement, d’Epuration, de Conditionnement d’air.

Une Norme ventilation nucléaire ISO 17873 : Rédigée pour les laboratoires / les usines.

Pas adaptée aux chantiers de démantèlement.

Il est donc nécessaire de développer une méthodologie propre au confinement de chantier, et à terme de capitaliser dans un norme dédiée.

Un enjeu Sûreté/Radioprotection protéger les opérateurs des gaz et aérosols

Un enjeu Industriel Maitriser les interventions (faisabilité, coûts et délais)

1.2 – Objet et Fonctions du confinement Limite Dérivée de Concentration dans l’Air

Définition de la LDCA : LDCA des radionucléides issues de l’Arrêté du 01/09/2003. Particules de 5m et 1m et gaz.

Radionucléide seul : valeurs Arrêté 2003.

Nécessité de prendre en compte les filiations de RN.

Exemples et signification : Le LDCA permet de pondérer l’impact de chaque RN sur la dose reçue par le travailleur.

LD (Sv) : Limite annuelle de dose efficace (20 mSv)

DPUI (Sv/Bq) : Dose efficace par unité d’incorporation

Vinhalé (m3) : Volume inhalé annuellement par

un opérateur (2 000h x 1.2 m3/h)

(1.1 m3/h dans CIPR 103)

LDCA PériodeDPUI /

DPUC(*)

(Bq/m3) (an)Sv/Bq

Sv/j/ (Bq/m3)(*)

3H 462 963 12.3 1.80E-11

10Be 439 1 600 000 1.90E-08

14C 14 368 5 730 5.80E-10

22Na 4 167 2.60 2.00E-09

26Al 595 716 000 1.40E-08

32Si /32P 152 450 5.50E-08

36Cl 1 634 301 000 5.10E-09

39Ar (*) 7 272 727 269 1.10E-11

40K 2 778 1 280 000 000 3.00E-09

41Ca 43 860 140 000 1.90E-10

44Ti 116 47.3 7.20E-08

49V 320 513 0.90 2.60E-11

53Mn 231 481 3 700 000 3.60E-11

54Mn 6 944 0.85 1.20E-09

55Fe 9 058 2.70 9.20E-10

60Fe 25.3 100 000 3.30E-07

57Co 13 889 0.74 6.00E-10

60Co 490 5.27 1.70E-08

inhaléVDPUI

LDLDCA

Notion de LDCA : CIPR 103 Commission Internationale de Protection Radiologique.

1.3 - Objet et Fonctions du confinement Classification des confinements

* Norme ISO 17873 : Aussi faible que raisonnablement possible et < 1/10

Évaluation de la contamination – Calcul du Nb de LDCA équivalente : Spectres de contamination / activation .

Volumes des sas / locaux et débits de ventilation .

Travaux réalisés (découpes, conditionnement…) .

Accidents potentiels (chutes de déchets…).

Coefficients de remise en suspension d’activité et d’épuration.

Classification donnée par la normes ISO 17873 :

Contamination

permanente normale

(Nb LDCA équivalente)

Contamination

accidentelle potentielle

(Nb LDCA équivalente)

Classe de

confinement

Type de

ventilation

0 - < 1/10 (*) < 1 C1 I

< 1 < 80 C2 II A

< 1 < 4 000 C3 II B

< 80 < 4 000 C4 III A

< 4 000 > 4 000 C4 III B

> 4 000 >> 4 000 C4 IV

Démarche prédictive à la conception.

Fct normal

Accidentel

2.1 – Exigences de conception Confinement statique – stato-dynamique

Classe de confinement (C1 à C4) / Nb de LDCA eq

Typ

e d

e sa

s d

e co

nfi

nem

ent

sas v

inyle

Confinement statique

sas s

em

i-rigid

e

sas rig

ide

Confinement par sens d'air

0.5 m/s<--Vitesse d'air-->1.5 m/s

2 daPa <--Dépression--> 10 daPa

Dans le cas général, le confinement d’un chantier est obtenu par la combinaison :

d’un confinement statique : sas et/ou paroi d’un local,

d’un confinement dynamique : ventilation.

Confinement stato-dynamique, il doit être adapté aux enjeux.

Les valeurs ci-dessous sont données à titre d’exemple.

Elles peuvent être adaptées au cas pas cas.

Il est important de noter qu’il y a un lien étroit entre confinement dynamique et confinement statique.

2.2 – Niveaux de confinement

Le nombre de niveaux de confinement, doit être déterminé par une évaluation de risques.

gravité et fréquence probable des accidents potentiels,

quantité de radioactivité présente,

radiotoxicité et potentiel de dispersabilité,

…

Type Nature du confinement

Confinement de chantier

Confinement de chantier généralement constitué de parois

temporaires : sas souples (vinyle), sas semi-rigide (polycarbonate) ou

rigide (métallique ou maçonné). Il peut aussi s’appuyer sur les locaux

existants.

Confinement au plus près

(Confinement complémentaire,

si nécessaire)

Confinement complémentaire, au plus près de la source de

contamination, mis en œuvre en fonction de l’enjeu radiologique de

l’opération. Il peut être constitué d’un sas de confinement ou d’un

confinement au plus près (manchette étanche, boite étanche

ventilée…).

Confinement existant (si nécessaire, historique ou à

créer)

Ventilation de type nucléaire des bâtiments ou des locaux, ou abris

climatique (soleil, pluie, vent, neige, températures extrêmes)

2.3 – Mise en œuvre d’un confinement de chantier Sas de confinement.

Connecté ou non connecté à la ventilation générale.

Dans un local équipé ou non équipé d’une ventilation nucléaire.

Avec mise en œuvre d’un confinement au plus près si nécessaire.

Surveillance.

Comptabilisation des rejets : Aérosol, H3, C14.

Surveillance des locaux par balises RP.

3.1 - Confinement C4 de Chooz A

Sas semi-rigide (polycarbonate) :

Utilisés pour le maintien d’une dépression de

l’ordre de 4 à 8 daPa.

Chooz A : Sas de démantèlement C4

Extérieur du sas semi-rigide

Intérieur du sas semi-rigide

Bras télescopique pour

aspiration au plus près

Stand de découpes

3.2 - Confinement C2 de Bugey 1

Bugey 1 : sas d’accès au caisson réacteur

Sas rigide (métallique + peau vinyle) :

Utilisés pour le maintien d’une dépression

transitoirement élevée.

Paroi acier Protection vinyle pour éviter

la contamination des parois

Etanchéité

Sas souple (vinyle) ;

Utilisés pour le maintien d’un sens d’air ou

d’une dépression de l’ordre de 2 daPa.

3.3 – Exemples de confinement réalisés

Chantier Piscine de Bugey 1

3.4 – Exemples de confinement réalisés

Carottage du caisson réacteur de Bugey 1

Confinement assuré par : cloche + joints + aspiration/filtration

connectée à la ventilation générale + manchette vinyle pour

séparation des tronçons.

3.5 - Confinement à la source/Innovation industrielle Scie sabre + cloche

Un confinement dynamique

au plus près de la source.

Pas de sas => une

préparation de chantier

optimisée

Confinement assuré par : dispositif d’aspiration/filtration connectée à la ventilation générale + vitesses d’air importantes + tube bouché par tarlatane.

Utilisation d’une cisaille et d’une

hotte d’aspiration (diamètres tubes ≤ 1,25’’)

Confinement maîtrisé :

- aspiration avec vitesse d’air élevée

- écrasement du tube avant découpe

- coupe par cisaille au plus près de la

hotte

- pose de ruban adhésif sur les lèvres

du tube écrasé et coupé

3.6 - Confinement à la source/Innovation industrielle Cisaille + bac à copeaux + hotte d’aspiration

4 – R&D en cours, à venir Filtration, Confinement dynamique, Mesures et prélèvements rejets

Caractérisation et impact de particules incandescentes dans les réseaux de ventilation :

Etude théorique et expérimentale de la caractérisation de particules incandescentes en vol.

Application industrielle, endommagement potentiel du médium filtrant, efficacité des pare-étincelles.

Mécanismes de transfert aéraulique au travers d’ouvertures : Etude numérique et expérimentale, à petite échelle, des mécanismes de transferts aux ouvertures.

Application industrielle, étude expérimentale à l’échelle 1, identifier les critères aérauliques les plus pertinents garantissant le confinement aux ouvertures.

Mesures, Prélèvement et Analyses des rejets : Mesures opérationnelles : Aérosol, C14, H3

Mesures en développement : Cl36.

4.1 – Caractérisation et impact des particules incandescentes dans les réseaux de ventilation

Lors des opérations de démantèlement,

certains procédés utilisés pour la

découpe des métaux génèrent des

particules portées à haute température.

Ces particules peuvent-être entraînées

dans les réseaux de ventilation

induisant un risque de dégradation des

systèmes de filtration participant au

confinement des chantiers.

▌ Programme de recherche mené par l’IRSN avec le soutien d’EDF CIDEN pour

contribuer à l’évaluation des dispositifs et des pratiques mises en œuvre

permettant de préserver les systèmes de filtration vis-à-vis du risque lié aux

particules incandescentes.

▌ Approche analytique réalisée dans le cadre d’une thèse (Pierre MARCHAL) pour

quantifier la perte d’efficacité d’un filtre très haute efficacité (THE) en fonction des

caractéristiques des particules produites lors de découpes par disqueuse.

Outil (disque)

Pièce métallique

Particules métaliques

incandescentes

Gaine de

ventilation

4.2 – Production de particules par découpe de métal par disqueuse

- Paramètres de coupe (angle d’attaque,

vitesse de coupe, force d’appui)

- Matériaux

Particules non

incandescentes +

Echanges de chaleur (convectif, radiatif,

conductif)

Echange de quantité de mouvement (force

aérodynamique)

Interaction pariétale

Dépôt pariétal (sédimentation, diffusion

Brownienne, impaction)

Filtre

Granulométrie

Morphologie

Composition

Vitesse

Température

Energie

Ecoulement en gaine :

10 m/s

4.3 – Devenir des particules

Réaction exothermique (oxydation du fer)

Approche globale Approches locales

Mesure

quantitative

du coefficient

d’épuration

Compréhension

des

mécanismes de

dégradation

Etude

analytique de la

dégradation

4.4 – Méthodologie de l’étude

Caractéristiques à la source Evolution dans la gaine

Simulations

numériques

par CFD

Mesures en vol

Vitesse

Granulométrie

Température

Détermination des caractéristiques des particules produites et de leur devenir

Effet de l’impact des particules sur le filtre

Disqueuse

pilotée

Veine de mesure

4.5 – Dispositif expérimental - CAPIMIF

Filtre

Dis

qu

eu

se

60

450 cm

150

300

Température Vitesse Granulométrie

378

cm

Filtre

4.6 – Instrumentation

Mesure de la vitesse des particules Techniques optiques de vélocimétrie (Vélocimétrie laser par images de particules et par suivi de particules)

Mesure de la distribution granulométrique des particules Compteur optique pour les particules de taille inférieure à 20 µm

Analyse par microscope optique des échantillons prélevés

Mesure de la température des particules Pyromètre monochromatique intégrant une loi d’inversion développée et validée spécifiquement pour la mesure de particules en mouvement

Caractérisation de la dégradation du filtre Détermination du coefficient d’épuration du filtre

Analyse locale des impacts par microscope électronique à balayage

4.6.1 – Vitesse des particules

PIV PTV

4.6.2 – Morphologie et granulométrie des particules

4.6.3 – Température des particules Surface

des

particules

(Sp)

Surface

de mesure

(Sm)

1)exp( 25

,1

T

C

CL

l

Temps de transit des particules

Surface émissive des particules

Dispersion spatiale dans le volume de mesure du pyromètre

Emissivité

Développement et validation d’une loi d’inversion du signal

Fusion

4.7 – Impact des particules sur le médium : approche locale

Mesure du Coefficient d’Epuration (CE) selon la

norme NF-X-44-011

CE mesuré sur un filtre neuf exposé aux particules incandescentes

4.8 – Dégradation de l’efficacité du filtre : approche globale normalisée

filtreaval

filtreamont

C

CCE

_

_

Limite pour un filtre THE

4.9 – Influence de la configuration de découpe sur la dégradation du filtre

Corrélation issue de l’approche locale analytique Simulation des niveaux d’énergies cinétique et thermique représentatifs de particules induisant une modification de la structure du médium du filtre

Vue de

face

Laser

Argon

continu

Thermocouple

Ressort

Médium du

filtre

Corrélation opérationnelle issue de l’approche globale ∆𝑪𝑬 𝑭𝒊𝒍𝒕𝒓𝒆 = 𝒇(𝑴𝒂𝒕é𝒓𝒊𝒂𝒖𝒙, 𝑫𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒆, 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒎è𝒕𝒓𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒖𝒑𝒆)

Objectifs du programme d’études mené à l’IRSN

> Acquérir des connaissances sur les phénomènes de transfert

d’aérocontaminants au travers de barrières de confinement dynamique en

situations normale ou accidentelle,

> Quantifier les grandeurs relatives aux performances des dispositifs étudiés,

> Capitaliser les résultats acquis

dans une base de données BADIANE.

4.10 - Etude relatives au confinement dynamique aux postes de travail Sorbonne, BAG, hotte de captage, dispositif POUYES……SAS en cours

0 19

0

39

0

59

0

79

0

98

0

010

020

030

040

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

U C

OM

PO

NE

NT

(m

/s)

LENGTH (mm)HEIGHT

(mm)

0.7-0.8

0.6-0.7

0.5-0.6

0.4-0.5

0.3-0.4

0.2-0.3

0.1-0.2

0-0.1

U component (m /s)

Cartographie LDV sur sorbonne Plan PIV au bord

de l’ouverture sorbonne Visualisation rétrodiffusion

À l’ouverture RDG/BAG

Plan PIV sous l’anneau de

POUYES

données relatives aux postes de travail

Programme d’études mené en collaboration avec EDF/CIDEN dédié à la détermination des critères pertinents garants de l’efficacité du confinement dynamique d’un SAS souple : expérimentations menées à l’échelle 1

Thèse IRSN/EDF (2014-2017) dédiée aux mécanismes de transfert aéraulique au travers d’ouvertures d’enceintes de chantier.

> Caractérisation expérimentale (échelle réduite) et numérique des transferts de polluant potentiellement émis à l’extérieur d’une enceinte à parois souples en fonction

de la dépression interne, des caractéristiques de l’ouverture, des perturbations internes et externes, de la nature du polluant.

> Evaluer la capacité des modèles de turbulence à restituer les inversions locales des écoulements d’air (fluctuations transitoires)

4.11 - Etude relatives au confinement dynamique aux postes de travail Programme SAS

Démarche Approche CFD adaptée aux phénomènes très instationnaires

(DNS, LES, RANS-LES)

Validation expérimentale

Outils numériques et expérimentaux Logiciels CFD utilisés à l’IRSN (ANSYS, CALIF³S) et à l’IMFT (JADIM)

Moyens métrologiques : traçage gazeux et particulaire,

diagnostics optiques (LDV, PIV haute cadence)

Déroulement de la thèse Etude bibliographique

Identification des approches numériques et des modèles de turbulence

Choix des types d’ouvertures

Etude expérimentale et numérique

Etude des paramètres influents pour les différents types d’ouvertures retenus (dimensions, perturbations, localisation,…)

Validation finale à échelle 1 (sas ventilé)

4.12 - Etude relatives au confinement dynamique aux postes de travail Thèse relative au Programme SAS

Séminaire SERAC, 30 Avril 2004

Visualisation de rétrodiffusion

à l’ouverture BAG

Technique LDV à l’ouverture BAG

SAS ventilé

5 – Capitaliser le REX / Normalisation

Ces principes de confinement ont vocation à évoluer et à s’enrichir en

fonction du REX sur les chantiers en cours et à venir, à EDF et chez

d’autres exploitants :

Recenser les bonnes pratiques.

Capitaliser le retour d’expérience.

La conception et l’exploitation des confinements :

Un effet de série certain.

Possibilité de mutualiser l’ingénierie amont.

Nécessité de conserver une souplesse importante (spécificités des chantiers)

Une Norme NF/ISO de confinement ds chantiers en projet

Normaliser nos pratiques de confinement des chantiers, base validée par les

exploitants nucléaires et par l'IRSN (qui participe au groupe de normalisation) sur

un socle d'exigences raisonnables.

Etat d’avancement : Un texte donnant les principales exigences.

Partenaires : EDF, ITER, AREVA, IRSN, CERAP, MSIX…

Champ d’application : Chantiers de démantèlement mais aussi aux chantiers

nucléaires type maintenance en centrale.